Conduttività elettrica dei metalli

La conduttività elettrica nei metalli è il risultato del movimento di particelle cariche elettricamente. Gli atomi degli elementi metallici sono caratterizzati dalla presenza di elettroni di valenza, che sono elettroni nel guscio esterno di un atomo che sono liberi di muoversi. Sono questi "elettroni liberi" che consentono ai metalli di condurre una corrente elettrica.

Poiché gli elettroni di valenza sono liberi di muoversi, possono viaggiare attraverso il reticolo che forma la struttura fisica di un metallo. Sotto un campo elettrico, gli elettroni liberi si muovono attraverso il metallo come palle da biliardo che si battono l'una contro l'altra, passando una carica elettrica mentre si muovono.

Il trasferimento di energia è più forte quando c'è poca resistenza. Su un tavolo da biliardo, questo si verifica quando una palla colpisce un'altra palla, passando la maggior parte della sua energia sulla palla successiva. Se una singola palla colpisce più altre palle, ognuna di esse trasporterà solo una frazione dell'energia.

Allo stesso modo, i conduttori di elettricità più efficaci sono i metalli che hanno un singolo elettrone di valenza che è libero di muoversi e provoca una forte reazione repellente in altri elettroni. Questo è il caso dei metalli più conduttivi, come l'argento, oro, e rame. Ognuno ha un singolo elettrone di valenza che si muove con poca resistenza e provoca una forte reazione repellente.

Metalli semiconduttori (o metalloidi) hanno un numero maggiore di elettroni di valenza (generalmente quattro o più). Quindi, sebbene possano condurre l'elettricità, sono inefficienti nel compito. Tuttavia, quando riscaldato o drogato con altri elementi, piace ai semiconduttori silicio e il germanio può diventare conduttori di elettricità estremamente efficienti.

La conduzione nei metalli deve seguire la legge di Ohm, che stabilisce che la corrente è direttamente proporzionale al campo elettrico applicato al metallo. La legge, che prende il nome dal fisico tedesco Georg Ohm, apparve nel 1827 in un documento pubblicato che stabiliva come la corrente e la tensione sono misurate tramite circuiti elettrici. La variabile chiave nell'applicazione della legge di Ohm è la resistività di un metallo.

La resistività è l'opposto della conducibilità elettrica, valutando quanto un metallo si oppone al flusso di corrente elettrica. Questo è comunemente misurato attraverso le facce opposte di un cubo di materiale di un metro e descritto come un ohm metro (Ω⋅m). La resistività è spesso rappresentata dalla lettera greca rho (ρ).

La conduttività elettrica, d'altra parte, è comunemente misurata da siemens per metro (S⋅m⁻¹) e rappresentato dalla lettera greca sigma (σ). One siemens è uguale al reciproco di un ohm.

* Nota: la resistività dei semiconduttori (metalloidi) dipende fortemente dalla presenza di impurità nel materiale.